análise das mudanças do uso e ocupação do solo, variabilidade da temperatura e do saldo de radiação em joão pessoa-pb

UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA CENTRO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA URBANA E AMBIENTAL

ANÁLISE DAS MUDANÇAS DO USO E OCUPAÇÃO DO SOLO, VARIABILIDADE DA TEMPERATURA E DO SALDO DE RADIAÇÃO EM

JOÃO PESSOA-PB

JUSSARA FREIRE DE SOUZA

UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA CENTRO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA URBANA E AMBIENTAL

ANÁLISE DAS MUDANÇAS DO USO E OCUPAÇÃO DO SOLO, VARIABILIDADE DA TEMPERATURA E DO SALDO DE RADIAÇÃO EM

JOÃO PESSOA-PB

Dissertação apresentada à Coordenação do Mestrado em Engenharia Urbana e Ambiental da Universidade Federal da Paraíba, para obtenção do título de Mestre, sob a orientação da Prof. Dr. Richarde Marques da Silva.

JUSSARA FREIRE DE SOUZA

ANÁLISE DAS MUDANÇAS DO USO E OCUPAÇÃO DO SOLO, VARIABILIDADE DA TEMPERATURA E DO SALDO DE RADIAÇÃO EM

JOÃO PESSOA-PB

por

Jussara Freire de Souza

Dissertação defendida em 27 de Maio de 2014 e aprovada pela banca examinadora constituída pelos professores:

________________________________________ Prof. Dr. Richarde Marques da Silva

Orientador

________________________________________ Prof. Dr. Celso Augusto Guimarães Santos

Examinador Interno

________________________________________ Prof. Dr. Bernardo Barbosa da Silva

A Jesus Cristo, pelo seu amor incondicional, ao meu pai [in memorium] e a minha mãe pela

força e dedicação à família que construíram juntos, e aos meus irmãos.

AGRADECIMENTOS

Ao meu Deus, Jesus Cristo pelo seu comando e pela sua presença em cada momento da minha vida, com seu amor e sua misericórdia.

A minha família, com quem compartilho conquistas, alegrias e tristezas e que representa a base de tudo na minha vida.

À Universidade Federal da Paraíba, especialmente ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Urbana e Ambiental, pela oportunidade de realização do mestrado.

Ao professor Dr. Richarde Marques da Silva pela paciência, dedicação, amizade ao longo dos anos trabalhados e pela confiança em mim depositada.

Ao bolsista Alexandro Medeiros do Laboratório de Ensino, Pesquisa e Projetos em Análise Espacial  LEPPAN/DGEOC/CCEN pela dedicação, amizade e imensa colaboração com a metodologia e com o geoprocessamento desenvolvido neste trabalho.

A todos os professores do programa de Pós-Graduação em Engenharia Urbana e Ambiental.

Ao professor Dr. Bernardo Barbosa da Silva da UFCG pela sua gentileza ao responder questionamentos referentes a metodologia, pelas contribuições feitas na defesa do colóquio e pela aceitação do convite para compor a banca final desta pesquisa.

A Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior CAPES, pela concessão de bolsa de estudo.

Ao meu amado noivo Victor Augusto, pela paciência e compreensão, pelas suas palavras de incentivo para a conclusão deste trabalho e pelo seu companheirismo.

Aos colegas e amigos de turma do Mestrado em Engenharia Urbana e

Ambiental, em especial aos integrantes da “Banda de Cá”, Cleytiane Santos, Alexandre

Castro, Stanrley Peixoto, InaMaria, Karinna Ugulino, Lívia Falcão, Lívia Noronha, Eliana Lima e Ana Luísa Guedes, pelos momentos compartilhados durante as aulas, pela força na realização de trabalhos e pelas risadas fora da universidade.

E o Senhor te guiará, continuamente fartará a tua alma em lugares secos, e serás como um jardim regado, e como um manancial, cujas águas nunca faltam.

RESUMO

Este trabalho analisou a influência do uso e ocupação do solo na variabilidade da temperatura da superfície e no saldo de radiação na cidade de João Pessoa. Para tanto, foram utilizadas técnicas de sensoriamento remoto, Sistemas de Informações Geográficas e o algoritmo SEBAL. Para a classificação do uso e ocupação do solo e a determinação dos valores de emissividade, albedo, NDVI, IAF, SAVI, temperatura de superfície e saldo de radiação à superfície, foram utilizadas imagens do satélite Landsat 5-TM referente aos dias 5 de novembro de 1991, 26 de agosto de 2006 e 8 de outubro de 2010.A análise do uso e ocupação do solo da cidade de João Pessoa apontou que no decorrer dos anos de 1991, 2006 e 2010 a cidade teve um considerável crescimento da malha urbana sobre áreas de vegetação herbácea e solo exposto. A temperatura da superfície apresentou maiores valores sobre área urbana e solo exposto nos três anos, sobretudo em 1991 que obteve valores máximos de temperatura, com média de 31,4ºC sobre área urbana e de 31,1ºC sobre solo exposto. As imagens do saldo de radiação e os valores estatísticos mostraram que os maiores valores de Rn foram encontrados sobre vegetação arbórea/arbustiva e água para todos os anos, sobretudo em 2010 onde foram obtidos os maiores valores de Rn para todos os usos do solo, cujas médias foram de 717,5W/m² sobre água e 703,2W/m² sobre vegetação arbórea/arbustiva. A relação entre o albedo dos usos do solo (urbano e vegetação herbácea) com a temperatura e o saldo de radiação, mostrou-se satisfatórios, indicando a eficiência do método na estimativa dos parâmetros citados com os alvos analisados para a cidade de João Pessoa. Os resultados de temperatura e saldo de radiação encontrados nesta pesquisa, obtidos através do SEBAL e das imagens de satélite, permitem concluir que os valores apontaram variações condizentes com os apresentados na literatura para usos do solo similares.

ABSTRACT

This study analyzed the influence of the soil’s usage and occupation on the surface

temperature variance and on radiation balance in Joao Pessoa city. For that, it was used remote sensing techniques, Geographic Information Systems and SEBAL algorithm.

For the soil’s usage and occupation classification, and the determination of emissivity,

albedo, NDVI, IAF and SAVI were used, and for surface temperature and radiation balance, Landsat 5-TM satellite’s images was used, referring to november 5, 1991; August 26, 2006; and October 8, 2010.The usage and occupation of João Pessoa’s soil analyses showed that during the years of 1991, 2006 and 2010, the city had a considerable increase of the urban mesh above herbaceous vegetation and bare soil. The surface temperature has shown greater values above urban area and bare soil on the last three years, above all on 1991 which obtained maximum temperature values, with average of 31.4°C above urban area and 31.1°C above bare soil. The radiation balance images and statistic values has shown that the highest values of Rn was founded above arboreal/shrubby vegetation and water for all the years, above all on 2010 when was obtained the highest values of Rn for all soil usages, which the averages were 717.5W/m² above water, and 703.2W/m² above arboreal/shrubby vegetation. The relationship between the albedo of soil usages (urban and herbaceous vegetation) with the temperature and radiation balance, has shown that it was satisfactory, indicating the method efficiency for estimate the quoted parameters with the targets analyzed for João Pessoa city. The temperature and radiation balance results found on this study, obtained through SEBAL and satellite images, allows to conclude that the values has shown match variances with those showed in the literature for similar soil usages.

LISTA DE FIGURAS

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Características das bandas espectrais do Landsat 5-TM. ... 61

Tabela 2- Características das imagens do Landsat 5 – TM para este estudo ... 61

Tabela 3 - Dados Climatológicos observados nas datas das imagens utilizadas neste estudo ... 63

Tabela 4 - Descrição das bandas do Landsat 5 - TM, com os correspondentes intervalos de comprimento de onda, coeficientes de calibração mínima (a) e máxima (b) (para o período: maio/2003 abril/2007) e irradiâncias espectrais no topo da atmosfera (TOA). 65 Tabela 5 – Área em km² e em percentual do uso e ocupação do solo da cidade de João Pessoa para os três anos analisados neste estudo... 77

Tabela 6 - Valores estatísticos do albedo (média e desvio padrão) para as datas analisadas... 83

Tabela 7–Análises estatísticas de IAF para as datas analisadas. ... 86

Tabela 8–Análises estatísticas do NDVI para as datas analisadas ... 90

Tabela 9 - Valores estatísticos do SAVI para as datas analisadas ... 94

Tabela 10 - Análises estatísticas da temperatura da superfície para os dias 5 de novembro de 1991, 26 de agosto de 2006 e 8 de outubro de 2010. ... 98

Tabela 11. Diferença de temperatura entre dados observados (estação) e estimados (SEBAL)...104

LISTA DE SÍMBOLOS

λi

L - Radiância espectral

λi

k

Zi- Ângulo Zenital do Sol

toa

α - Albedo planetário

α

p

α - Radiação solar refletida pela atmosfera

sw

τ

0

ε

NB

ε

a

ε

dr- Distância relativa Terra-Sol

RL- Radiação de Onda Longa Emitida pela Superfície

RL ↓- Radiação de Onda Longa Incidente

Rn- Saldo de Radiação

Rs↓- Radiação de Onda Curta Incidente

S- Inclinação do Terreno

So- Constante Solar

Ts- Temperatura da Superfície Terrestre

- Constante de Stefan-Boltzmam

IV

ρ _{- Refletividade do infravermelho próximo}

V

ρ _{- Refletividade do vermelho}

LISTA DE SIGLAS

ASTER - Advanced SpaceBorne Thermal Emission and Reflection Radiometer

AVHRR- Advanced Very High Resolution Radiometer

BNH - Banco Nacional de Habitação

CBERS- China Brazil Earth Resources Satellite

DJ –Dia Juliano

ETM - Enhanced Thematic Mapper Plus

GPS - Sistemas de Posicionamento Global

IAF - Índice de Área Foliar

IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística

INMET- Instituto Nacional de Meteorologia

INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais

IRMSS - Imageador por Varredura de Média Resolução

Landsat- Land Remote Sensing Satellite

LES - Laboratório de Energia Solar

MODIS - Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer

NDVI - Normalized Difference Vegetation Index

ND - Número Digital

SAVI - Soil Adjusted Vegetation Index

SEBAL - Surface Energy Balance Algorithm for Land

SEMAM - Secretaria do Meio Ambiente

SIG - Sistema de Informação Geográfica

SCU - Sistema Clima Urbano

SFH - Sistema Financeiro de Habitação

TM –Thematic Mapper

UA – Unidade Astronômica

UBL - Urban Boudary Layer

UCL - Urban Canopy Layer

UCZ - Urban Climate Zone

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ... 18

1.1. Objetivos ... 22

1.1.1. Geral ... 22

1.1.2. Específicos ... 22

2. REFERENCIAL TEÓRICO ... 23

2.1. Expansão e Ocupação Urbana em João Pessoa ... 23

2.2. A relação entre as características urbanas e o clima da cidade ... 28

2.3. Clima Urbano ... 32

2.3.1. Características das Ilhas de Calor em Ambientes Urbanos ... 37

2.4. Planejamento Urbano e Clima ... 41

2.5. Aplicação de geotecnologias em estudos climáticos ... 44

2.6. Aplicações do algoritmo SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for Land) em áreas urbanas ... 49

2.6.1. Determinação da Temperatura e do Saldo de Radiação ... 52

3. MATERIAL E MÉTODOS ... 56

3.1. MATERIAL ... 56

3.1.1. Caracterização da Área de Estudo... 56

3.1.2. Imagens de satélite utilizadas neste estudo ... 60

3.1.3. Dados Climatológicos ... 62

3.2. MÉTODOS ... 64

3.2.1. Calibração Radiométrica ... 64

3.2.2. Reflectância Monocromática ... 65

3.2.3. Albedo no topo da atmosfera ... 66

3.2.4. Albedo da Superfície ... 66

3.2.5. Índices de Vegetação: NDVI, SAVI e IAF ... 68

3.2.7. Temperatura da Superfície ... 70

3.2.8. Radiação de Onda Longa Emitida... 70

3.2.9. Radiação de Onda Curta Incidente ... 71

3.2.10. Radiação de Onda Longa Incidente ... 71

3.2.11. Saldo de Radiação ... 72

3.3. Relação entre Usos do Solo, Temperatura e Saldo de Radiação ... 75

3.4. Álgebra de Mapas ... 75

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 77

4.1. As Transformações no Uso e Ocupação do Solo na Cidade de João Pessoa ... 77

4.2. Análise da Variabilidade Espacial e Temporal dos Valores de Temperatura e Saldo de Radiação para João Pessoa ... 81

4.2.1. Transmissividade e Emissividades ... 81

4.2.2. Albedo de Superfície ... 83

4.2.3. Índice de Área Foliar (IAF) ... 86

4.2.4. Determinação do Índice de Vegetação NDVI para diferentes usos do solo em João Pessoa ... 90

4.2.5. SAVI ... 94

4.2.6. Temperatura da Superfície ... 98

4.2.6.1 Comparação entre os dados de temperatura observados e estimados ... 103

4.2.7. Saldo de Radiação ... 104

4.3. Relação entre Usos do Solo, Temperatura e Saldo de Radiação ... 108

4.4. Variações da Temperatura da Superfície em João Pessoa ... 111

5. CONCLUSÕES ... 114

18 1. INTRODUÇÃO

A cidade é um espaço extremamente dinâmico, onde ocorrem interações entre a sociedade e a natureza. Ao longo do tempo, com os diversos modos de produção aplicados por seus habitantes e as modificações quanto ao uso e ocupação do solo, as cidades vêm manifestando sérios problemas de ordem socioambientais. Como resultado desses problemas encontra-se: a favelização que contribui para ocupações irregulares

em zonas de preservação ou próximos a rios e cursos d’água, os problemas de mobilidade urbana, a falta de saneamento básico em zonas periféricas, a inversão térmica comum nos grandes centros urbanos industrializados e o fenômeno das ilhas de calor, presentes em regiões centrais das cidades.

Esses problemas estão relacionados, em grande parte, a falta de planejamento urbano, ao deficiente ordenamento territorial e ao desenvolvimento urbano desorganizado, característicos de áreas com rápido processo de urbanização. As modificações na paisagem e a estruturação do espaço, sobretudo as mudanças no uso e ocupação do solo das cidades, representadas pelos novos agentes de transformação, mostram cada vez mais a importância da necessidade do planejamento urbano para a proteção dos sistemas ambientais nas cidades.

De acordo com Santos (2011), nesses últimos séculos o sistema ambiental mais afetado pelo ambiente urbano é o atmosférico, principalmente no que concerne ao seu estado de equilíbrio dinâmico. Segundo informações do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC, 2007), os gases do efeito estufa oriundos da queima de combustíveis fósseis e das atividades antrópicas, têm provocado alterações significativas na composição química desse sistema que, consequentemente vem implicando na elevação das temperaturas médias do planeta e no surgimento de inúmeros problemas socioambientais para os habitantes em geral.

Diante disso, percebe-se que as áreas mais urbanizadas, com processo de urbanização contínuo, tornam-se potencialmente favoráveis para o desenvolvimento de problemas no sistema ambiental atmosférico. As atividades desenvolvidas nessas áreas liberam calor antropogênico que, associado ao aumento das temperaturas médias globais, alteram as condições da temperatura nesses ambientes e, consequentemente na qualidade de vida das populações (SILVA et al., 2010).

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impactos diversos, entre os quais estão inseridos: a formação de ilhas de calor, o aumento das temperaturas médias, a redução da umidade relativa do ar e desconforto térmico (GRAWE et al., 2013).

As alterações no balanço de energia à superfície, no albedo, na concentração de poluentes, na distribuição de umidade, na radiação e na temperatura da superfície podem indicar impactos locais originados pelo acelerado crescimento dos centros urbanos e das atividades antrópicas sobre o meio ambiente (SANTOS e LIMA, 2013). Considera-se que o registro das ilhas de calor urbano é um dos indicadores das alterações climáticas sofridas pela cidade, principalmente nas áreas centrais, onde há maior concentração da atividade humana, grande número de veículos, indústrias, prédios, asfalto das ruas e diminuição das áreas verdes.

Sobre as grandes cidades do mundo, de acordo Mills et al. (2010), em 1900 existiam apenas 16 grandes cidades, a maioria delas localizada na Europa e América do Norte. Porém, a partir do ano 2000 já existiam aproximadamente 300 grandes cidades espelhadas pelo mundo. No que tange às megacidades, na década de 1950 já existiam duas delas (Tóquio - Japão e Nova York – EUA) e em 2007 esse número subiu para 19, sendo 11 localizadas na Ásia. Os mesmos autores afirmam que para 2025 são projetadas a existência de 27 megacidades. Destaca-se que o crescimento e a concentração populacional nesses centros exercem pressão sobre os ecossistemas naturais e geram impactos ambientais diversos, sobretudo no sistema atmosférico.

Os tipos de edificações em áreas urbanas e os materiais utilizados para sua construção transformam a energia recebida pela superfície terrestre em calor, devido ao seu poder de absorção, e criam o seu próprio clima, ou seja, um clima local concentrado em uma pequena área que se diferencia das demais áreas do seu entorno (CARVALHO, 2006).

Akbari e Rose (2001) esclarecem que, distintos tipos de uso e ocupação do solo induzem às diferentes condições ambientais de conforto ambiental, como exemplo, a diferença de temperatura que ocorre entre as áreas industriais (temperatura mais elevada) e residenciais (temperatura menos elevada), ocasionada pela influência da superfície dos materiais envoltórios das edificações e também dos poluentes.

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autores, a composição físico-química dos materiais em áreas urbanas possui padrões próprios de refletividade (albedo), que favorecem a absorção da radiação e, por conseguinte, maior emissão de calor sensível, em prol de equilíbrio térmico.

Mills et al. (2010) afirmam que a urbanização causa mudanças nos padrões da vida humana e na transformação física do espaço natural, transformando-o em espaço geográfico (paisagem construída pela sociedade). Tais transformações no uso e cobertura do solo geram mudanças no balanço de energia e na atmosfera sobrejacente, formando o clima urbano.

O clima urbano gerado pelas cidades é formado pela relação entre os atributos da morfologia urbana, as atividades diárias das pessoas e os fatores climáticos dessa camada, ou seja, a relação desses atributos altera o clima em escala local. Alguns estudos mostram que, quanto mais espaços verdes nas cidades, menos será a contribuição para a alteração do clima no ambiente urbano, e quanto mais existirem centros industrializados, com construções verticalizadas, grande circulação de veículos e concentração de atividades humanas, mais alterações serão observadas em torno desse espaço (LOMBARDO, 1985; KATZSCHNER, 1997; AYOADE, 2003; VOOGT e OKE, 2003).

Nas últimas décadas, o rápido crescimento da cidade de João Pessoa, a crescente especulação imobiliária e as transformações do seu espaço têm gerado sérios problemas relativos à qualidade de vida da população, à diminuição de áreas verdes e, consequentemente, alterações no seu campo térmico, principalmente em áreas mais adensadas, constatado no estudo elaborado por Santos (2011).

Assim, considera-se que a realização desta pesquisa adquire relevância, por contribuir com informações acerca da relação da dinâmica entre os usos do solo presentes na cidade de João Pessoa e o clima da região, assim como fornecer conhecimentos que possa de alguma forma contribuir para estudos relacionados ao planejamento das áreas urbanas e a atenuação de possíveis alterações ambientais.

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A captação de informações referentes ao clima urbano com o uso de técnicas de sensoriamento remoto também é de extrema valia para a elaboração de estudos relacionados ao planejamento urbano. Nesta área, o sensoriamento remoto pode gerar informações espaciais que possam ser consideradas no monitoramento do crescimento urbano sobre áreas ambientais, para o estabelecimento de novos parâmetros a serem adotados no planejamento do uso e ocupação do solo, para definição de novos padrões de ocupação e para ações corretivas que possam ser tomadas em áreas já ocupadas.

Sendo assim, esta pesquisa utiliza técnicas de sensoriamento remoto e o algoritmo Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) para detectar possíveis

22 1.1. Objetivos

1.1.1. Geral

Analisar a influência das mudanças recentes do uso e ocupação do solo na temperatura e no saldo de radiação na cidade de João Pessoa, mediante técnicas de sensoriamento remoto e aplicação do algoritmo SEBAL.

1.1.2. Específicos

 Analisar as transformações no uso e ocupação do solo na cidade de João Pessoa entre os anos de 1991, 2006 e 2010;

 Estimar a variabilidade espacial e temporal de parâmetros biofísicos para João Pessoa;

23 2. REFERENCIAL TEÓRICO

2.1. Expansão e Ocupação Urbana em João Pessoa

A cidade de João Pessoa foi fundada em 1585 e nasceu à margem direita do rio Sanhauá, afluente do rio Paraíba, em uma colina localizada nessa margem. Na época, portugueses iniciaram suas construções no topo da colina e tinha por objetivo principal ter o controle visual de toda a região, defesa da costa, controle político e social local, e também por ser uma via de acesso fácil para o rio Sanhauá.

Desde então, formou-se um pequeno núcleo urbano concentrado em três ruas principais, correspondente a cidade alta; rua Direita (atual General Osório), rua Nova (atual Duque de Caxias) e Ladeira de São Francisco e algumas vielas que ligavam a cidade alta a cidade baixa, onde se localizava o porto. A partir da segunda metade do século XIX foram surgindo novos bairros no entorno dessas ruas. Nas primeiras décadas do século XX já se encontrava um núcleo central, rodeado por bairros que margeavam essa área.

Até as primeiras décadas do século XX a estrutura urbana de João Pessoa permaneceu circunscrita ao seu velho formato de cidade alta e baixa, embora no início deste século se processassem várias e significativas mudanças na sua infraestrutura urbana, dentre elas a modernização dos meios de transporte, iluminação pública, eletricidade, abastecimento de água e melhorias sanitárias.

Segundo Morais (2009), a implantação do sistema rodoviário, inserido como um novo serviço, facilitou o deslocamento da população e a interação com as partes mais distantes da cidade. Com isso, novas áreas foram incorporadas à cidade e o processo de degradação ambiental começou a se intensificar, em detrimento do tão sonhado

“desenvolvimento urbano”, promovido por sucessivos governos empenhados na

modernização da cidade.

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mesmo período também foi realizado o prolongamento da avenida General Osório até a rua da República (VIDAL, 2004).

Figura 1. Abertura da Avenida Epitácio Pessoa (1920). Fonte: Morais, 2009

Contudo, somente a partir das décadas de 1940 e 1950, a cidade expandiu-se de forma mais acelerada. A abertura das avenidas Epitácio Pessoa e Cruz das Armas, o prolongamento da Av. Pedro II e a instalação do Campus I da UFPB, assim como a construção de conjuntos habitacionais, motivou o crescimento da cidade em direção a face leste, sul e sudeste dos limites do município (MAIA, 2001).

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Entre meados da década de 1960 e o começo da década de 1970, foram criados o Distrito Industrial e os eixos rodoviários da BR-101 e BR-230, que serviram como impulsionadores da expansão da cidade no sentido sul e sudeste (LEAL, 1997).

Com a criação do Banco Nacional de Habitação (BNH) e do Sistema Financeiro de Habitação (SFH) a partir de 1964, João Pessoa passou por mudanças significativas na forma de organização e espacialização da estrutura da cidade. Esta mudança de ordem pública de caráter federal se voltou para empreendimentos habitacionais de pequeno e médio portes, geralmente construídos em áreas periféricas, destinados à população de baixa renda.

A partir daí, foram implantados os bairros de Castelo Branco I, II e III, Ernesto Geisel, Cristo Redentor, Valentina de Figueiredo, Bancários e Mangabeira de I ao VII, todos assentados na porção sul e sudeste e financiados pelo SFH, tendo como órgão gestor o BNH. A Figura 3 ilustra a periodização da implantação dos conjuntos habitacionais em João Pessoa.

Figura 2. Ministério do Exército de 1946, reconstituído em base digital atual, mostrando a expansão da cidade em direção à orla

26

Analisando a Figura 4, percebe-se que o período compreendido entre o fim da década de 1960 a 1990, a cidade de João Pessoa apresentou uma considerável expansão da malha urbana, sobretudo na porção leste, onde se localiza a área litorânea da cidade e na porção central e oeste, onde estão concentrados os bairros mais antigos. Entre as décadas de 1970 e 1980, esse crescimento foi provocado, em grande parte, pela implantação de alguns conjuntos habitacionais, na qual os padrões variavam de acordo com a vida da população, indo desde a reurbanização das favelas, como o Grotão até os conjuntos residenciais de melhor acabamento, como os Bancários (SILVA, 1997).

Já a década de 1990 teve seu crescimento urbano marcado por algumas transformações relacionadas às estruturas urbanísticas da cidade e ao crescimento da malha urbana mais desfocada das áreas centrais. Analisando a Figura 4, percebe-se que nesse período a malha urbana da cidade começa a ocupar as áreas mais distantes do centro, espraiando-se por toda porção sul da cidade e concentrando-se também na porção norte, mais precisamente na área que compreende os bairros do Bessa, Jardim

Figura 3. Evolução da implantação dos Conjuntos Habitacionais implantados, segundo os bairros em João Pessoa/PB.

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Oceania e Aeroclube. Nesse período, parte das antigas residências localizadas no centro da cidade foi se modificando e transformando-se em prédios comerciais, empresariais e do poder público. Nesse mesmo contexto, a orla marítima passou a ser uma área comercial turística importante, abrigando residências de alto padrão e iniciando o processo de verticalização, que foi um determinante do uso do solo na orla (KOURY, 2005).

Dessa forma, compreende-se que a expansão urbana da cidade e a implantação dos seus equipamentos modificaram as estruturas das áreas mais favorecidas e menos favorecidas, trazendo progresso a população local, como também periferização urbana de algumas áreas, acentuando os problemas sociais e ambientais da cidade, provenientes da falta de uma política adequada de planejamento urbano.

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De acordo com Santos (2011), o sistema climático urbano da cidade de João Pessoa já sofre conseqüências relacionadas aos impactos ambientais provocados pelo uso e ocupação do solo inadequado em sua área urbana. Esses impactos são provenientes da substituição das áreas verdes por construções de concreto e impermeabilização do solo, face ao dinamismo das suas atividades econômicas e à especulação imobiliária, que reduz cada vez mais a cobertura remanescente de Mata Atlântica presente ainda na malha urbana da cidade.

Nesse contexto, Oliveira et al. (2011), Lombardo et al. (2012) e Santos et al. (2013) expressam a importância das áreas verdes no meio urbano, pois caracterizam-se por beneficiar a qualidade térmica local e imprimir um caráter mais saudável e agradável à paisagem urbana. Ainda segundo os autores, a presença da vegetação nesse meio facilita a dispersão dos poluentes e as trocas dos fluxos de calor e umidade, trazendo conforto térmico ambiental à cidade.

Frente a isso, percebe-se a importância do planejamento urbano para mitigar os problemas sociais e ambientais presentes na cidade, gerados em consequência da ocupação desordenada e do processo acelerado de expansão urbana.

2.2. A relação entre as características urbanas e o clima da cidade

A partir da revolução industrial, o processo de urbanização e o crescimento populacional nas cidades intensificaram os impactos ambientais nesse espaço, sobretudo no que diz respeito ao clima. Segundo Monteiro (1976) esses eventos se intensificaram de tal forma que, passaram a assumir a responsabilidade do impacto máximo da atuação humana sobre a organização da superfície terrestre, na deterioração do ambiente e no clima local.

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No entanto, para minimizar os efeitos desses condicionantes no clima urbano, pode-se considerar as áreas verdes e as árvores como elementos importantes nesse meio, pois contribuem para o resfriamento das áreas urbanas, reduzindo as temperaturas através do processo da evapotranspiração (SANTAMOURIS, 2001).

As árvores podem não só fornecer proteção solar para residências durante o

verão, como também ajudam a atenuar o “efeito estufa”, filtrar poluentes, prevenir a erosão e servir de sombra para pedestres. Porém, segundo Akbari et al. (1997) é

importante lembrar que “a eficiência da vegetação depende de sua intensidade, forma, dimensões e localização”.

As áreas com maior quantidade de vegetação promovem um maior conforto dentro desses espaços, minimizando os efeitos que as edificações e a concentração de atividades urbanas exercem sobre o clima local.

Frente a isso, deve-se perceber que a substituição das áreas vegetadas por materiais urbanos provoca mudanças nos processos de transmissão, absorção e reflexão da radiação, causando mudanças no balanço de energia, na temperatura do ar, nas taxas de umidade relativa do ar, nas correntes de ventos, entre outros (COX, 2008).

Quando a radiação solar incide sobre um corpo, uma parte dela é absorvida (absorção, α) e outra é refletida (albedo, ρ) e o restante dessa energia é transmitida (τ).

Na superfície urbana, a reflexão da radiação de onda curta é menor em comparação às áreas rurais, em virtude da geometria da cidade e do coeficiente de reflexão dos materiais urbanos, que tendem a absorver mais energia do que refleti-las (COX, 2008).

Nas cidades, as vias ladeadas por paredes vizinhas entre si e as ruas, permitem que grande parte da radiação refletida por uma superfície qualquer seja absorvida por outra próxima, assim sucessivamente, até que não haja mais obstáculos no caminho (OKE, 1987).

De acordo com Olgyay (1998), as alterações no balanço de energia nos centros urbanos são provocadas pelos seguintes fatores: localização da cidade dentro da região, o tamanho das cidades, a densidade da área construída, a cobertura do solo, a altura dos edifícios, a orientação e a largura das ruas, a divisão dos lotes, os efeitos dos parques e áreas verdes e detalhes espaciais do desenho dos edifícios.

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do espaço urbano e os fenômenos atmosféricos, é necessário que se conheça cada divisão no nível de escalas climáticas para tornar mais compreensível a análise.

Tendo em vista esse conhecimento e compreensão para embasar análises bioclimáticas com vista ao planejamento urbano, faz-se necessário a explicação das divisões e subdivisões das escalas climáticas.

Frente a isso, pode-se entender que a climatologia tem um papel muito importante no estudo do clima e de como se comporta a atmosfera durante um longo período de tempo. Esse campo é bastante amplo e com base na escala dos fenômenos atmosféricos que são ressaltados, é possível fazer subdivisões. Entre as subdivisões que aparecem como categoria da climatologia, destaca-se a climatologia urbana, que tem como objetivo planejar e monitorar os ambientes urbanos (AYOADE, 2004).

Ayoade (2004) classifica as escalas geográficas em subdivisões da climatologia, considerando a macroclimatologia, mesoclimatologia e microclimatologia. A primeira está relacionada com os aspectos climáticos de amplas áreas da Terra e com os movimentos atmosféricos em larga escala que afetam o clima. A segunda se preocupa com o estudo do clima em áreas relativamente pequenas, entre 10 e 100 quilômetros de largura e a terceira trata do estudo do clima próximo à superfície da terra ou de áreas muito pequenas, com menos de 100 metros de extensão.

Contudo, Monteiro (1976), tentando buscar uma classificação que se relacionasse melhor com o estudo do clima urbano, apresentou a proposta das escalas zonal, regional, sub-regional e local. Segundo esse autor, as escalas zonal e regional não são suficientes para considerar a presença da cidade. Por isso, acrescentou mais duas escalas que englobam o clima de uma metrópole ou megalópole, que são (a) a escala sub-regional e (b) a escala local. O objetivo dessa classificação é ressaltar a importância de relacionar as diferentes escalas geográficas para estudos do clima urbano, desde o zonal até o local, onde se define o urbano, e as várias possibilidades de articulações entre espaço e edificação (CARVALHO, 2006).

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a micro-escala, na qual está inserido este estudo, considera que a temperatura da superfície pode variar em pequenas distâncias, e que sua origem é mais condicionada pelos fatores do entorno imediato do que pelos locais. Para estudos utilizando essa escala, é feita a comparação do comportamento do clima em diferentes pontos da malha urbana, onde se trabalha com dados diários e horários durante períodos de tempo de episódios típicos (OKE, 2004).

O estudo de Oke (1978) é uma das obras mais citadas na climatologia urbana, pois classifica dois níveis de escalas para o estudo do clima nessas áreas, sendo eles: (a) a Urban Boundary Layer, que envolve toda a cidade e a atmosfera por ela alterada, e (b)

a Urban Canopy Layer, que compreende a atmosfera intra-urbana, sendo definida a

partir de processos microclimáticos.

A Urban Canopy Layer (Camada Limite do Dossel Urbano - CDL) apresenta-se

na perspectiva da micro-escala, definida como a camada que inclui uma variedade de edifícios e árvores, até o nível das coberturas, localizada nas ruas entre os edifícios (GRIMMOND, 2006). Já a Urban Boundary Layer (Camada Limite da Influência Figura 5. Esquema das escalas climáticas e das camadas verticais nas áreas urbanas.

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Urbana - CLU) é um fenômeno de escala local caracterizado parcialmente pela presença da malha urbana, localizada acima da Urban Canopy Layer (OKE, 1987).

Georgakis e Santamouris (2006) chamam de obstructed sub-layer ou urban canopy sub-layer (sub-camada obstruída ou sub-camada do dossel urbano) a camada

que impõe limites na circulação do ar “natural” que vem do ambiente rural para o

urbano, ou seja, é uma camada que possui características próprias pela interação entre a circulação do ar e os efeitos locais da cidade como, topografia, dimensões das edificações e geometria, ruas, tráfego, presença de árvores, entre outros fatores, que servem como condicionantes para moldar as novas condições de circulação do ar. Já a

free surface layer (Camada de superfície livre) é definida pelos autores como a camada

que fica acima do topo dos telhados. Percebe-se que a definição de Georgakis e Santamouris é semelhante à exposta por Oke, porém com denominações diferentes.

É importante ressaltar que em outras áreas do conhecimento ou dependendo da literatura seguida, haverá divergências quanto às escalas climáticas, quanto às denominações e divisões escalares, sobretudo em relação às escalas geográficas subdivididas (macroclimatologia, mesoclimatologia e microclimatologia) por Ayoade (2004), consideradas motivo de controvérsias entre meteorologistas e climatólogos, tanto do ponto de vista da extensão e periodicidade das grandezas climáticas quanto da nomenclatura dos fenômenos climatológicos.

2.3. Clima Urbano

A sociedade ao modificar o meio em que vive, pela ação do trabalho, produz alterações significativas que, dependendo do grau de intervenção, poderão ser melhores ou piores para seus habitantes. Nos tempos modernos, as civilizações com o passar dos anos produziram algo que antes era competência apenas da natureza, criaram um novo tipo de clima, o chamado clima urbano (LOMBARDO, 1985).

O clima urbano é um sistema que envolve o clima de um determinado espaço terrestre e sua urbanização (MONTEIRO, 2003). É um mesoclima que está incluído no macroclima, e que ao se aproximar do solo sofre influências microclimáticas em decorrência do espaço urbano e dos elementos que ali estão inseridos (LOMBARDO, 1985). Esse tipo de clima é caracterizado pelo aumento da temperatura, pela diminuição da umidade relativa e velocidade do vento (GARCIA, 1999).

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um sistema climático integrado formado por três subsistemas de análise: (a) termodinâmico, (b) físico-químico e o (c) hidrometeórico. Segundo esse autor, as alterações climáticas em áreas urbanas podem ser compreendidas por meio de canais de percepção, que mostram as alterações nos elementos climáticos dentro dos subsistemas citados.

No subsistema termodinâmico tem-se como exemplo de alterações causadas pelo processo de urbanização, as ilhas de calor, a inversão térmica e o desconforto térmico ambiental. No físico-químico essas alterações provocam a formação das chuvas ácidas e a poluição do ar. Já no hidrometeórico estão incorporadas as precipitações, as enchentes e os impactos ambientais que decorrem em função do processo de urbanização acelerada dos países em desenvolvimento (MONTEIRO, 1976).

Segundo Barbirato et al. (2007), o clima de uma cidade pode ser compreendido por meio da interação de diferentes fatores globais (latitude, altitude, continentalidade, maritimidade) e locais (geomorfologia, revestimento do solo, uso e ocupação do solo), que em conjunto com os elementos atmosféricos (umidade, temperatura, vento, pressão, etc.) definem as condições atmosféricas sobre uma determinada localidade. Os autores ainda afirmam que os fatores globais geram condições climáticas em escala regional e os fatores locais definem os diferentes microclimas, levando à alteração do comportamento dos elementos atmosféricos em escala local.

De forma semelhante à formação de microclimas, Conti (1998) enfatiza que o aumento da poluição atmosférica em função das indústrias, a impermeabilização do solo, a diminuição das áreas verdes, o aumento do albedo, as ilhas de calor e, consequentemente, o desconforto térmico, são alguns dos exemplos de alterações ambientais que dão origem a microclimas específicos nos centros urbanos.

Segundo Yamamoto (2006), a verticalização e o adensamento das estruturas urbanas configuram alguns dos condicionantes para alteração do clima urbano local, pois intensifica o surgimento das ilhas de calor. Nessas áreas, a ausência de vegetação e de água provoca efeitos na redução da evaporação e causam aumento na sensação de desconforto térmico acentuando o efeito das ilhas de calor (SANTOS, 2011).

O aumento na sensação de desconforto térmico e nos efeitos das ilhas de calor são causadas pela perda de fluxos radiativos, por causa da geometria dos edifícios, pela implementação de materiais impermeáveis, como asfalto e concreto, pelas cores das paredes e pela composição dos materiais envoltórios das construções (XU et al., 2010).

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urbanísticos, sobretudo dos grandes edifícios, que dispersam a direção natural dos ventos e diminuem sua velocidade, variando de acordo com a hora do dia e a situação sinótica.

Todos os elementos constituintes do ambiente urbano citados anteriormente são fatores condicionantes do clima urbano. Assim, percebe-se que entender a influência que os elementos urbanísticos provocam no sistema climático urbano em diferentes áreas desse ambiente, torna-se imprescindível para promover um planejamento urbano adequado em áreas onde as condições do microclima encontram-se inadequadas à qualidade de vida dos seus habitantes.

Os primeiros trabalhos realizados a respeito do clima urbano foram realizados por John Evely e Luke Howard. John Evely teve seu trabalho publicado em 1661, e analisou o impacto da contaminação da atmosfera de Londres provocado por atividades de combustão de carvão nas indústrias da época (NASCIMENTO, 2010). Luke Howard

verificou na cidade de Londres, em 1818, o “excesso de calor artificial” em comparação

às áreas próximas, e concluiu que o campo térmico desta cidade apresentou alterações nos elementos climáticos, que ocasionou a geração das ilhas de calor criando condições de desconforto térmico para a população da cidade.

No entanto, os primeiros trabalhos que abordaram o fenômeno da urbanização como elemento indutor do clima urbano foram os de Landsberg, em 1956 e o de Chandler, em 1965, ambos na cidade de Londres (COX, 2008). Landsberg (1956) comparou a temperatura do ar do centro urbano de Londres com as áreas circunvizinhas e identificou médias térmicas anuais superiores no centro, assim como maior quantidade de chuva e nevoeiro nessa área. Chandler (1965) monitorou a ilha de calor em Londres no verão e encontrou diferenças de até 2,0ºC na área central da cidade em relação a sua circunvizinhança.

Na Alemanha, um dos trabalhos que ganham destaque sobre essa temática é o de Katzschner (1997), que propõe um método de mapeamento da circulação do ar e das ilhas de calor para ordenar o planejamento urbano no país e melhorar a qualidade de vida dos habitantes.

A partir da década de 1970 surgem os primeiros estudos relacionados à climatologia urbana em regiões tropicais e subtropicais. Uma das grandes referências e contribuições científicas nesse período foram os estudos realizados por Oke (1982; 1987), do Departamento de Geografia da University of British Columbia, em

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transformações de energia através de interações entre o ar atmosférico e o ambiente urbano construído. Desde então, a temática veio ganhando espaço e cada vez mais notoriedade e relevância nos dias atuais, com uma gama de pesquisas que enfatizam a análise do clima urbano, sendo desenvolvida em diversas partes do mundo.

No Brasil, muitos autores abordaram o estudo do clima urbano. Dentre os mais citados estão o de Tavares (1975), que realizou seu estudo na cidade de Campinas–SP; Monteiro (1976), que desenvolveu a teoria do “Sistema Clima Urbano”, com o

propósito de compreender a organização climática característica da cidade; Sartori (1979; 2000), responsável pelo estudo do clima urbano em Santa Maria–RS, sendo o primeiro a adotar o estudo em cidade de porte médio; e Lombardo (1985), que utilizou dados de sensoriamento remoto e o referencial teórico elaborado por Monteiro para desenvolver um arcabouço metodológico e pesquisar as ilhas de calor na cidade de São Paulo.

Atualmente, os trabalhos realizados por Lombardo (1985), na cidade de São Paulo, são um dos mais referenciados em trabalhos científicos relacionados a essa temática, sobretudo quando se trata de estudos que utilizam a ferramenta do sensoriamento remoto para investigar alterações no sistema climático urbano. Em seus estudos na cidade de São Paulo constatou que os espaços abertos que circundam uma área urbana extensa e de construção mais densa possuem temperatura, velocidade do vento, umidade, pureza do ar e outros fatores diferentes das condições climáticas das áreas mais urbanizadas. Segundo a autora, essa diferença é influenciada pelo desenho físico urbano, desde a escala de edifícios até as áreas metropolitanas que interferem nas condições climáticas locais.

Azevedo et al. (2003) verificaram a influência do microclima em residências representativas da favela de Paraisópolis, em São Paulo. Constataram que a tipologia das casas e características como o telhado e o tipo de material utilizado na construção das paredes das residências, têm influência direta nas condições de conforto/desconforto térmico dos moradores.

Grawe et al. (2013) quantificaram o impacto da área urbana de Londres sobre o clima local e regional e identificaram que a área urbana em sua forma atual afeta a temperatura da superfície, a direção e velocidade do vento na superfície e as ilhas de calor.

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seco na cidade de Biskra, no sudeste da Argélia. Identificaram que os maiores valores de temperatura ocorrem em áreas com maior rugosidade de edificações e ruas estreitas, e as menores temperaturas em áreas com ruas largas e menos adensadas, no qual proporcionava melhor circulação do ar e maior dispersão do calor entre as ruas, amenizando os efeitos da ilha de calor. Diante dos resultados, os autores sugeriram para o planejamento da cidade o uso de áreas verdes e alargamento das ruas para a melhoria da qualidade ambiental.

Freitas (2004), estudando a cidade do Recife, realizou medições de temperatura em diferentes anos (1998, 2001, 2003) e identificou zonas de conforto e desconforto térmico localizadas respectivamente em áreas de praças, parques, áreas ao longo das margens dos rios e da orla marítima, em bairros com características naturais (solo permeável, vegetação e baixa densidade de construções) e em locais onde há altas taxas de densidade e verticalização.

Paiva (2010), buscando analisar os contrastes microclimáticos e a influência do uso e ocupação do solo nos parâmetros climáticos do Conjunto Ceará em Fortaleza–CE, sob o nível termodinâmico do Sistema Clima Urbano de Monteiro (2003), identificou que os pontos amostrais de intensa dinâmica urbana e densidade de construções foram os que apresentaram as maiores temperaturas e, consequentemente, condições desfavoráveis ao conforto térmico.

O estudo realizado por Brandão (2003), no Rio de Janeiro, considerou o uso residencial, comercial e industrial, assim como a densidade de construções, para verificar as condições ou diferenças de temperatura na cidade. Através da análise dos dados de temperatura, foi constatado que as áreas mais verticalizadas e densamente construídas, como os bairros de Botafogo e Copacabana, apresentaram temperatura com níveis mais elevados, inclusive à noite. A autora também enfatizou a percepção sobre a importância das áreas verdes para amenizar os impactos causados pelos diferentes usos do solo e sua alteração na temperatura local.

Diante do exposto, evidencia-se que a medida que o homem transforma o meio que o cerca e impõe pressões econômicas quanto ao uso do solo urbano, implantando equipamentos e materiais diversos e adensando grande parte das áreas economicamente viáveis para seus interesses, sem qualquer tipo de planejamento, contribui de forma direta para a transformação do ambiente natural e para a degradação da qualidade ambiental.

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sistema ambiental, bem como um recurso natural, também pode ser entendido como um indicador da degradação ambiental, pois afeta todos os processos ambientais, sobretudo em áreas urbanas, onde a falta de planejamento e gestão ambiental urbana afeta diretamente o meio ambiente local e traz à tona uma série de problemas socioambientais de grandes proporções.

2.3.1. Características das Ilhas de Calor em Ambientes Urbanos

De todas as alterações climáticas ocasionadas pelos elementos que compõem a cidade, a mais significativa e enfatizada em diversos estudos sobre o clima urbano, são as ilhas de calor. Esse fenômeno é mais verificado em ambientes urbanos, onde as temperaturas são mais elevadas que as áreas circunvizinhas. Lombardo (1985) enfatiza que a distribuição das isotermas nas cidades mostra a tendência para a elevação da temperatura, partindo das periferias em direção ao centro.

A ilha de calor é um fenômeno decorrente do balanço de energia do espaço urbano, caracterizado pelo acúmulo de calor nas superfícies, em virtude da absorção da radiação de onda curta, que ao liberar energia, em forma de calor, eleva a temperatura desse ambiente (BARBIRATO et al., 2007).

Lombardo (1985) atribui à formação desse fenômeno os seguintes fatores:

 As consequências decorrentes da transformação de energia no interior da cidade, com formas específicas, como as estruturas verticais criadas artificialmente, os materiais de construção (condutibilidade) e as cores;

 Diminuição da evaporação que reduz o resfriamento, em decorrência da pouca quantidade de áreas verdes;

 Produção de energia antropogênica, por meio da emissão de calor pelas habitações, indústrias e trânsito.

Além desses fatores, a altura das edificações e sua disposição no espaço também são relevantes para influenciar nas condições de temperatura de uma cidade. As vielas e as ruas estreitas produzem um tipo de sombreamento, que ocasiona uma demora no aquecimento da área urbana. A relação e interação desses fatores introduzidas nas estruturas e densidades das construções do meio urbano induzem a um mosaico de microclimas com temperaturas variadas que ao se unirem produzem a ilha de calor, claramente definida quando comparada com as áreas do entorno (SOUZA, 2010).

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urbanos e descreveu que o local com maior atividade antrópica, geralmente o centro, se caracteriza por ser mais quente do que os bairros residenciais e periféricos (Figura 6). Ele denominou de perfil clássico das ilhas de calor. Lombardo (1985) também estudou esse perfil e constatou a diferença de 10ºC na temperatura entre a área urbana e rural de São Paulo.

Contudo, Primavesi et al. (2007) enfatizam que as ilhas de calor também podem ocorrer em áreas rurais caso estejam degradadas e secas, como também pode não ocorrer em áreas urbanas, se estiverem com áreas arborizadas adequadas e solo com água disponível para evapotranspiração.

Diante disso, pode-se considerar que muitos são os mecanismos e fatores que contribuem para a intensidade e magnitude das ilhas de calor, assim como seu surgimento, desde sua localização geográfica até as condições climatológicas do dia, além das características específicas da cidade, como o tamanho, a densidade da população, a cultura local e o dia da semana (COLTRI et al., 2007).

Também é importante destacar que as diversas técnicas de monitoramento que levam à medidas de temperatura do ar ou da superfície, permitem observar diferenças entre ilhas de calor (FIALHO e AZEVEDO, 2009).

Frente a isso, Fialho (2009) dividiu a ilha de calor em três tipos:

 Ilha de calor atmosférica, caracterizada por levar em consideração os tipos de uso e cobertura do solo, localização da área e sua topografia, sendo mais

Figura 6.Perfil da ilha de calor urbana

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evidente durante a noite e medida através da temperatura do ar, utilizando pontos fixos ou transectos móveis;

 Ilha de calor vertical, que segue o modelo proposto por Oke (1981), dividida pela camada intraurbana (UCL- Urban Canopy Layer) e a camada limite urbano

(UBL- Urban Boundary Layer);

 Ilha de calor de superfície, detectada através da estimativa da temperatura aparente de superfície, tendo como principal ferramenta os recursos do sensoriamento remoto.

Frente a isso, será exposto a seguir alguns estudos que abordam a temática do clima urbano e o fenômeno das ilhas de calor em diferentes cidades do mundo, sobretudo as pesquisas que utilizaram o sensoriamento remoto e as imagens de satélite como base metodológica para o desenvolvimento do estudo.

Sendo assim, tem-se o trabalho realizado por Haishan e Lexiang (2010) que utilizaram dados de sensoriamento remoto para analisar os tipos de uso do solo e monitorar a relação com a ilha de calor urbana, visando fornecer informações para a melhoria da qualidade ambiental e um padrão racional do uso do solo da cidade de Guangzhou, na China. Os autores identificaram cinco tipos de uso do solo (solo exposto, solo cultivado, água, floresta e área construída) para fazer a relação com o fenômeno.

Liu e Zhang (2011) identificaram,por meio de dados termais dos satélitesLandsat 5 TM e Aster, fenômenos de ilha de calor em três áreas de Hong Kong. Assim como os autores citados acima, Callejas et al. (2011) também identificaram ilha de calor urbano, com o uso de dados do Landsat 5 TM, na região central da cidade de Várzea Grande-MT.

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Amorim et al. (2009) realizaram estudos sobre a Ilha de Calor Urbano (ICU) nas cidades de Rennes (França) e Presidente Prudente (SP-Brasil), onde utilizaram medidas convencionais em pontos fixose móveis e dados térmicos do satélite Landsat 7 ETM+, para determinar as mudanças do uso do solo durante os últimos vinte anos e a repartiçãodas fontes de calor dentro das cidadesna origem da formação da Ilha de Calor Urbano. Os resultados mostraram que apesar das cidades apresentarem crescimento urbano e climas diferentes, a produção do clima urbano e a intensificação das ilhas de calor decorreu da interação entre a radiação recebida e a refletida pelos tipos de materiais construtivos das edificações nos diferentes tipos de uso do solo, sobretudo em áreas densamente urbanizadas.

Semelhante ao estudo anterior, Amorim e Monteiro (2011) também utilizaram imagens termais do Landsat 7 ETM+ para analisar diferenças de temperaturas intraurbanas no verão em duas cidades de porte médio: Porto (Portugual) e Presidente Prudente (Brasil). De acordo com os autores, as conclusões remeteram ao aumento das temperaturas superficiais, bem como o registro de áreas afetadas por ilhas de calor.

O estudo realizado por Siu e Hart (2013), em Hong Kong, na China, abordou preocupações metodológicas para a quantificação da intensidade da ilha de calor urbana na cidade. Segundo os autores, essa preocupação se deve ao fato de não existir consenso sobre as fontes meteorológicas e os pontos fixos mais adequados a serem utilizados para o cálculo da intensidade desse fenômeno, observado nos resultados de muitos estudos relacionados à temática para a área citada. Os resultados mostraram que as estações rurais usadas em estudos anteriores não foram representativas, evidenciando que os últimos cálculos sobre a intensidade da ilha de calor para Hong Kong pode ter sido subestimado.

Maria et al. (2013) fizeram experimentos entre superfícies pavimentadas convencionais e modificadas (tanto concreto como asfalto) para avaliar e comparar os desempenhos térmicos e o cálculo dos parâmetros térmicos (emissividade, albedo e índice de reflexão) em virtude dessas superfícies influenciarem na intensidade das ilhas de calor. Os resultados mostraram que o concreto libera energia interna lentamente durante o dia e a cobertura asfáltica libera calor superficial mais rápido do que o concreto, evidenciando a influência desses materiais no comportamento das ilhas de calor urbana.

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intensificação das ilhas de calor nesses espaços e que através desses conhecimentos pode-se chegar a medidas de planejamento para atenuar os efeitos desse fenômeno.

2.4. Planejamento Urbano e Clima

A intensificação do capitalismo e o início da Revolução Industrial são considerados como fatores decisivos para o processo de urbanização no mundo. A Revolução Industrial foi o grande responsável pelo acelerado crescimento das cidades, principalmente nos Estados Unidos e nos países da Europa Ocidental, como foi o caso da Inglaterra, que foi o berço da Revolução Industrial (VESENTINI e VLACH, 2010).

O processo de industrialização como uma atividade urbana, fez modificar completamente a estrutura das cidades, uma vez que influenciou seu crescimento demográfico e na forma de vida das pessoas. Tal atividade aumentou gradativamente o processo de migração do campo para a cidade, em virtude da oferta de emprego e à procura por mão-de-obra barata nos setores terciários e secundários. Devido a isso, a população nas cidades aumentou e a procura por moradia acelerou ainda mais o processo de urbanização, que em muitas cidades ocorreu de forma desordenada por não possuírem planejamento adequado para suportar o rápido crescimento.

Nos países em desenvolvimento, a desorganização toma proporções maiores pela falta de gestão e planejamento do uso do solo. Esse fato influenciou na configuração de uma realidade bastante drástica de exclusão e segregação espacial e social nesses países (SILVA e WERLE, 2007). No Brasil, a expansão das áreas urbanas seguiu a tendência do capital especulador e degradante que marcou os arranjos espaciais dos principais centros urbanos no país, associado ao desrespeito à legislação ambiental. Além disso, forte concentração de renda nos principais centros urbanos também contribuiu para gerar grandes desigualdades sociais e intensificar a vulnerabilidade socioambiental dessas áreas (SANTOS, 2011).

Os primeiros estudos sobre planejamento do crescimento urbano ocorreu em meados do século XX, com destaque para os países europeus como Inglaterra, França e Alemanha. Contudo, foi só a partir da década de 1960 que a noção de planejamento apresentou-se com mais força nos países em desenvolvimento, porém com poucas áreas submetidas às intervenções dos planos pré-estabelecidos (MENDONÇA, 2003).

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do crescimento e expansão das áreas urbanas e atenuar a desorganização, os problemas ambientais e sociais desenvolvidos por esse espaço, em prol da qualidade de vida da população.

Além disso, é importante lembrar também que a crescente degradação do ambiente urbano, associado ao crescimento da cidade, a sua magnitude e densidade e o crescimento da população urbana, introduz elementos físicos e químicos na atmosfera que alteram as condições naturais precedentes do seu clima. Sendo assim, pode-se considerar que os problemas relacionados à atmosfera urbana tornam-se mais evidentes pela precariedade da qualidade do ar, pela presença das ilhas de calor, das chuvas ácidas, das ilhas de frio, entre outros, que de tal forma influi na qualidade ambiental desses espaços (LIMA et al., 2012).

Diante desse contexto, surge a proposta elaborada por Monteiro (1976) denominada de Sistema Clima Urbano (SCU), com o intuito de contribuir para resolução dos problemas socioambientais urbanos, para a elaboração de diagnósticos ambientais/climáticos e para propor ações visando a solução dos problemas (LIMA et al., 2012).

Contudo, pensando na gestão e planejamento urbano nas cidades brasileiras, Mendonça (2010) criou o Sistema Ambiental Urbano (SAU), que se constitui de proposições teórico-metodológicas pautadas na interdisciplinaridade e no diálogo de conhecimento contextualizado, para superar paradigmas antiquados, em prol da compreensão dos problemas urbanos (SANTOS, 2011).

O SAU constitui-se como um sistema aberto e complexo subdividido em dois subsistemas: o Natural (relevo, ar, água, vegetação, solos) e o Construído (habitação, indústria, comércio, serviços, transporte e lazer), que pode ainda se subdividir em outros subsistemas (SANTOS e PINTO, 2010).

Tanto o SAU quanto o Sistema Climático Urbano preconizado por Monteiro (1976), foram idealizadas no Brasil como proposições teórico-metodológicas que visam associar a compreensão dos elementos que constituem as cidades e o seu planejamento urbano, estabelecendo também uma rede integrada de fatores que devem ser levados em consideração para se compreender a estrutura e dinâmica do espaço urbano (MENDONÇA, 2010).

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intraurbanos é de extrema importância para tornar possível a identificação dos fatores causadores da diferenciação climática entre cidades.

Estudos do clima urbano para o planejamento e a gestão das cidades estão se tornando cada vez mais significativos em todo o mundo. A título de exemplo pode-se citar o estudo realizado recentemente por Yeo et al. (2013), em que propõem um sistema de previsão de demanda de energia urbana para a melhoria da qualidade desse ambiente, e para subsidiar ações quanto ao planejamento de fornecimento de energia urbana para projetos de plano de estágio de desenvolvimento.

O estudo realizado por Loconte et al. (2012) na cidade de Bari, em uma das regiões da Itália, objetivou identificar como a geometria urbana está relacionada com as alterações climáticas locais. O estudo visa fornecer orientações para que gestores possam planejar uma forma urbana que promova a qualidade ambiental na região.

Karolien et al. (2012) desenvolveram, através de um modelo de crescimento, três cenários alternativos para o crescimento urbano futuro (um cenário de negócios, um cenário restritivo e um estimulante) na cidade de Kampala, capital de Uganda, em prol de prever os padrões de crescimento urbano até 2030. Os resultados mostraram através dos cenários, que as opções de políticas alternativas resultam em contrastes de futuros padrões de expansão urbana, com um significativo impacto sobre a qualidade de vida local.

Percebe-se, através das colocações expostas neste texto, que o clima e o planejamento urbano estão integradas um a outro e que qualquer alteração no sistema climático urbano pode se transformar em impactos ambientais com diversos efeitos na qualidade de vida das populações dessas áreas e vice-versa (SANTOS, 2011).

Embora exista uma infinidade de estudos sobre clima urbano, com inúmeras metodologias que propõem qualidade ambiental através do conhecimento dessa temática para viabilizar ações voltadas ao planejamento urbano e gestão do uso racional do solo no meio urbano, pouco se percebe a incorporação desse conhecimento à

aplicabilidade de fato no Brasil, sobretudo em regiões mais “atrasadas”.

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necessário que exista investimento na formação de profissionais qualificados e no diálogo interdisciplinar, para que se possa obter aplicabilidade de critérios ambientais ao planejamento urbano.

2.5. Aplicação de geotecnologias em estudos climáticos

As geotecnologias estão sendo cada vez mais utilizadas como ferramentas para analisar e detectar problemas ambientais em diversas partes do mundo, inclusive para constatar alterações e impactos do crescimento urbano no clima de cidades. Podem ser entendidas como novas tecnologias ligadas às geociências e ciências correlatas, as quais trazem avanços significativos no desenvolvimento de pesquisas, em processos de gestão e manejo, em ações de planejamento e em tantos outros aspectos relacionados à estrutura do espaço geográfico (FITZ, 2008).

O termo Geotecnologias é complexo e amplo, pois envolve diversas tecnologias de tratamento e manipulação de dados geográficos, que se utilizam de programas computacionais. Dentre as principais tecnologias destacam-se: o sensoriamento remoto, a cartografia digital, os SIGs (Sistema de Informações Geográficas) e a utilização de GPS (Sistemas de Posicionamento Global). Muitas dessas tecnologias permitem adquirir, armazenar, tratar, processar e gerar dados georreferenciados com o objetivo de alcançar resultados almejados (THOMAS et al., 2001).

Frente a isso, o avanço dessa tecnologia tem proporcionado cada vez mais o aprimoramento e o desenvolvimento de modernos SIGs para a composição cartográfica. Os SIGs são uma das geotecnologias mais utilizadas para compor pesquisas em diversas áreas ambientais. Pode ser considerado como um modelo matemático dinâmico e conceitual do mundo real, que integra um banco de dados digitais a bases espaciais, gerenciados para promover a atualização e a aplicação de dados georreferenciados (LIU, 2006).

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Segundo Rosa (2009), um bom SIG tem que ser composto de programas de alto nível, capazes de completar as necessidades de cada projeto, mantendo sempre um bom desempenho, também sendo capaz de operar em ambiente multi-usuário e multi-tarefa, e integrar dados vindos de outras fontes e nos formatos vetorial e raster. Suas operações de consulta e manipulação de dados geográficos compõem a essência do sistema, diferenciando-o de tecnologias como a Cartografia Automatizada e Projeto Auxiliado por Computador (CÂMERA e QUEIROZ, 1998).

Para tanto, outra ferramenta das geotecnologias mais utilizada para estudos ambientais, sobretudo climáticos em áreas urbanas, é o sensoriamento remoto, uma vez que permite estabelecer relações dinâmicas sobre o uso e ocupação do solo e o campo térmico, a fim de subsidiar o planejamento urbano. O sensoriamento remoto permite a obtenção de informações sobre um objeto sem que haja contato físico com o mesmo, como por exemplo, os sistemas que adquirem imagens da superfície terrestre a bordo de plataformas aéreas (aviões) e orbitais (satélites) (THOMAS et al., 2001). É através da captação e do registro da energia refletida ou emitida pela superfície, que se obtém imagens e outros tipos de dados da superfície terrestre com o uso do sensoriamento remoto (COSTA, 2007).

Como os elementos contidos na superfície terrestre (vegetação, água, solo) refletem, absorvem e transmitem radiação eletromagnética em dimensões que variam com o comprimento de onda, segundo as características biológicas e físico-químicas de cada um, torna-se possível, em função dessas variações, distinguir esses objetos nas imagens de sensores remotos, que podem variar do preto (quando refletem pouca energia) ao branco (quando refletem muita energia) (COSTA, 2007). As imagens podem ser interpretadas pela tonalidade/cor, textura, tamanho, forma, sombra, altura, padrão e localização (FLORENZANO, 2002).

Contudo, é importante destacar que as áreas urbanas possuem características que tornam complexas a sua classificação, por não apresentar continuidade nem homogeneidade. Essas áreas são constituídas por diversos materiais que refletem ou irradiam a energia eletromagnética de várias formas, apresentando grande amplitude espectral e altas frequências espaciais dificilmente separáveis. Essa diversidade espectral se dá em detrimento dos materiais que compõem os alvos, como o concreto, asfalto, telhados com cerâmica, solo exposto, áreas verdes, fibrocimento, entre outros (IWAI, 2003).